Семестр 03 / СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ И ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
.doc
Лабораторная работа №1
СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ И ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
СИСТЕМЫ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ
Выполнил студент группы В3-09
Проверил Луковников А.И.
г. Москва 2008г.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
- усвоить понятие силовой линии электрического поля,
- усвоить понятие эквипотенциальной поверхности,
- построить картины хода силовых линий и эквипотенциальных
- поверхностей различных систем точечных электрических зарядов.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Система точечных зарядов, находящихся в вакууме, является наиболее простой для изучения.
Напряженность электрического поля E1 и потенциал 1 , создаваемые одним точечным зарядом q1 на расстоянии R от него, задаются выражениями:
E1 = k•q1 /r 2 и 1 = k•q1 /r, (1)
где постоянная k зависит от выбора системы единиц и входит в закон Кулона.
Напряженность поля является векторной величиной, а потенциал - скалярной. Принцип суперпозиции определяет напряженность и потенциал произвольной системы зарядов:
E = E1 + E2 + ...
УПРАЖНЕНИЕ 1. ПОЛЕ ДВУХ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ
Силовые линии от одного заряда радиально выходят из заряда, а эквипотенциальные поверхности представляют собой концентрические сферы. Этот случай достаточно прост и специально в работе не рассматривается. Следующей по сложности является система из двух произвольных точечных зарядов.
Два равных по величине, но противоположных по знаку заряда образуют диполь. Такая, в целом нейтральная система, создает на больших расстояниях достаточно слабое поле. Потенциал диполя на больших расстояниях убывает обратно пропорционально квадрату расстояния
1. Система из 2-х точечных зарядов одного знака. На рисунке показаны силовые линии, наклон силовых линий явно выделяет асимптотические прямые, в данном случае перпендикулярные отрезку, соединяющему два заряда.
Между зарядами находится точка, напряженность в которой равна нулю. В данном случае она находится в центре отрезка, соединяющего заряды. А в общем случае ее координаты находятся из соотношения E1-E2=0 или q2 /r1 2 - q3 /r2 2=0
При зарядах разной величины, наклон асимптот зависит от отношения размеров зарядов и направлен в сторону от большего заряда.
2. Здесь изображены силовые линии и эквипотенциальные поверхности двух зарядов разных по знаку.
"Квадруполь"
"Октуполь"
"N зарядов"
Смоделировали поле плоской заряженной пластины. Построили несколько эквипотенциальных поверхностей.
Вблизи середины поле практически однородно эквипотенциальные поверхности параллельны, а у края "пластины" поле изгибается аналогично точечному заряду.
"Конденсатор"
Смоделировали электрический конденсатор двумя плоскими пластинами с противоположными по знаку и одинаковыми по величине зарядами. Построили силовые линии и эквипотенциальные поверхности вблизи и вдали от пластин.
Из рисунков видно, что чем больше расстояние между пластинами, тем менее однородно поле внутри конденсатора.
"Острый угол"
Смоделировали поле равномерно заряженного острого (~45°) выступа.
Раздел: "Сфера"
Смоделировали поле равномерно заряженной по поверхности сферы. Построили несколько эквипотенциальных поверхностей и линий поля.
ВЫВОД:
Усвоили понятие силовой линии электрического поля и понятие эквипотенциальной поверхности. Смоделировали и построили картины хода силовых линий и эквипотенциальных
поверхностей различных систем точечных электрических зарядов. Смоделировали поле плоской заряженной пластины, конденсатора, острого угла, сферы. Рассмотрели поведение силовых линий и эквипотенциальных поверхностей различных систем зарядов.
1
2
3